膝关节软骨损伤的治疗进展*

黄福均 张益民 王军 王聪聪 曹学军*

关节软骨属于透明软骨，是一种无神经、血管及淋巴管的终末分化组织，是非常复杂的组织结构。关节软骨在关节活动中主要起着减少摩擦、负重及缓冲的作用。膝关节作为人体承重最大的关节，最易发生软骨损伤，尤其以股骨内侧髁多见。软骨损伤治疗主要有3 个目标：恢复关节运动、缓解疼痛、延迟或消除骨关节炎。目前关于膝关节软骨损伤的治疗方式有以下几种。

1 自体骨软骨移植技术（马赛克移植技术）

自体骨软骨移植技术是一种利用专门的软骨移植设备将非负重区域骨软骨植入软骨缺损区的技术。由于骨软骨移植柱中含有软骨和松质骨，移植柱中的松质骨在植入后可与受区骨腔中的松质骨融合，能够维持软骨的生物力学和组织学特性，实现缺损区域的透明软骨修复。其最大的缺点在于供区软骨来源十分有限，以及大块缺损时形合度差，并且存在供区的相关并发症，故该移植技术的最佳适应证为软骨下骨损伤深度≤6 mm 且软骨缺损直径<2.5 cm 的小到中等全层骨软骨缺损病例[1]。

手术适应证：负重区软骨损伤ICRS 评分Ⅲ-Ⅳ级、缺损直径在2.5 cm 以内（或面积≤4 cm2伴有骨量丢失），并且年龄在45 岁以下的下肢力线良好的膝关节骨性关节炎（非重度）、创伤性关节炎及剥脱性关节炎患者[2-3]。对于膝关节合并其他损伤的患者（如前后交叉韧带损伤、半月板损伤及侧副韧带损伤等），处理合并损伤是第一位的。对于软骨缺损面积较大、膝关节伴有感染、膝关节内有骨折、膝关节重度骨性关节炎和类风湿性关节炎以及罹患肿瘤的患者，则为该手术的禁忌证[4]。

郑荣宗等[4]在关节镜下采用自体骨软骨镶嵌式移植技术治疗22 例股骨髁负重区软骨缺损，术后平均随访21 个月，结果显示关节镜下自体骨软骨移植术后效果良好，并发症少，是修复软骨缺损的一种可靠方式。刘嘉鑫等[5]对15例自体骨软骨移植患者进行了10 年左右的随访，结果显示所有患者术后无膝关节疼痛、弹响及关节绞锁症状，膝关节活动功能良好。术后10 年KSS 评分均优于术前。

2 同种异体骨软骨移植技术

同种异体骨软骨移植技术（osteochondral allograft，OCA）是通过移植来自供体的成熟软骨细胞和稳定的基质及软骨下骨来实现的。这些来自供体的软骨细胞在受者体内继续存活，并且能够分泌软骨基质，从而起到支撑关节的作用。OCA 可以同时解决软骨、软骨下骨的病变[6]。故OCA 可以实现软骨缺损部位的透明软骨修复，重建膝关节的生物力学功能。能够进行同种异体骨软骨移植的理论基础是软骨是天然的免疫豁免组织，软骨细胞被其分泌的软骨基质所包裹，而软骨基质又高度保守，从而避免其与人体免疫系统直接接触[6]，故移植术后不需要使用免疫抑制剂。

关于OCA 的常见手术适应证：骨坏死、软骨损伤面积>2 cm2且ICRS 评分Ⅲ-Ⅳ级、髌股关节炎、膝关节骨性关节炎（非重度）、创伤性关节炎及剥脱性关节炎、早期软骨损伤接受微骨折或软骨细胞移植失败者。禁忌证:膝关节伴有感染、膝关节内有骨折、下肢力线改变和关节不稳而未予以纠正者。所以，OCA 术前或术中必须对力线进行纠正。而关于膝关节重度骨关节炎、代谢性骨关节炎（如痛风等）、多间室软骨损伤及不明原因滑膜炎是其相对禁忌证[6]。此外，年龄因素也应考虑其中，有研究指出对于年龄<50 岁的患者，术后效果会更好[7]。

OCA 是自体骨软骨移植技术的有效补充，并且取材面积相对而言没有太大限制。目前研究显示，行OCA 早中期效果均较好，但远期仍可能发生移植软骨塌陷、退变并且移植软骨在受体中容易吸收等问题[8]。关于这些问题是否与人体的免疫应答有关，目前尚未找到与免疫排斥相关的直接证据。另一方面由于供体来源非常有限，加上供体的筛查、获取相对严格及储存时间不会太长，且价格可能比较昂贵，以及可能导致疾病的传播等因素，限制了OCA 技术在临床上的应用。有文献报道移植物从获取到进行OCA 手术一般在体外平均保存时间为24（15～43）d[9]，保存时间越长，存活的软骨细胞越少，移植的成功率越低。

3 自体软骨细胞移植

自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation，ACI）是将自体软骨细胞在体外扩增，然后在关节软骨缺损处将扩增的软骨细胞按密度比移植，来修复缺损的关节软骨。ACI 技术的发展经历了以下阶段:第一代骨膜―自体软骨细胞移植术，把细胞留存于缺损区，再取自体骨膜覆盖于缺损处加以缝合，这种方法不仅操作复杂、对自体损伤大，而且软骨细胞容易流失，最终导致软骨修复仅为骨膜修复，且易导致移植物过度增生，疗效差[10]；第二代胶原膜―自体软骨细胞移植术，二代支架为单层Ⅰ/Ⅲ胶原膜，其疗效与第一代技术无明显差异，仍未解决移植物过度增生、细胞分布不均及容易流失等问题[11]；第三代基质诱导的自体软骨细胞移植术，其支架是双层Ⅰ/Ⅲ型胶原膜及经其发展的Ⅰ/Ⅱ型胶原膜，这是一种更适于细胞的分布和生长、不易流失的三维支架，能够更好地维持细胞的表型稳定，其不仅克服了前两代的缺点，而且具有切口小、不需骨膜缝合或额外固定，操作更简单；第四代自体软骨移植系统，其支架基于凝胶基质而制成，原理是在关节软骨缺损区将软骨细胞和凝胶制成的混合物涂在其上，该方法相比前三代具有操作、制备简单，凝固快，不需额外用生物胶固定等优点[12]。经过四代的发展，一步步解决了细胞外溢脱落、分布不均及供区并发症等问题。目前大量临床研究发现，移植的软骨细胞能较好地维持其细胞特性，这对缺损处软骨的修复非常有利[13]。其中，第三代技术临床应用相对成熟，第四代技术应用了比第三代技术更新的方法，如间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）干细胞与组织工程技术结合、基因治疗及三维打印等，采用的是加以改进的组织工程三元素，即支架材料、种子细胞和细胞因子[4]。目前，也有学者提出一种基于纳米技术和3D 打印技术的第五代支架，即3D 支架，其能够兼顾软骨下骨和软骨组织，从而模拟人体正常的骨组织，这种技术有望在将来解决软骨缺损修复过程中骨与软骨部分的连接问题[14]。

基质诱导自体软骨细胞移植是将带有软骨细胞的生物膜移植到软骨缺损的位置，以此来修复缺损的软骨，与传统方法相比，这种移植方式需先在生物膜上预先种植再移植，优点是软骨细胞的固定效果好，手术后不易导致细胞的流失[15-17]。其次，胶原膜作为第三代软骨细胞移植技术的细胞载体，具有良好的生物相容性，且对受区的封闭效果良好，故不需要切开骨膜且无需缝合，术后并发症少[18]。孙栋等[19]对50 例膝关节软骨损伤的患者应用第三代ACI 技术进行治疗，术后12 个月的随访结果显示，所有软骨细胞移植患者均实现透明软骨修复，且症状较术前明显改善。软骨细胞移植技术虽能有效修复局部软骨缺损，防止早期膝关节骨性关节炎的进展，但有临床研究发现该手术适用于骨软骨炎及中等软骨缺损（2～10 cm2）的患者，而对局部感染、传染性疾病及关节炎的效果不佳[13]。其主要不足在于整个手术需分两次进行，耗时长、花费较高，并且需在专业的医疗中心完成细胞培养，而且存在术后移植物脱落、原位疼痛和骨膜肥厚等缺点。

4 合成或生物支架植入（组织工程技术）

由于软骨和细胞来源有限并且软骨细胞在获取时相对复杂，所以有学者提出一种理想化的修复手段，即用合成或生物支架植入来修复缺损的软骨。因支架材料及细胞因子具有软骨细胞诱导特征，可利用其将骨髓内的祖细胞向透明软骨细胞分化，同时支架又可为缺损处提供初始的细胞生长环境及生物力学支持，如目前处于研究阶段的胶原水凝胶等材料[20]。相对于单纯微骨折来说，该理论为软骨人工修复提供了一种更为简洁的思路，其不仅能增加自体MSC 诱导、归巢，还能为MSC 提供生长的空间，并且具有一定的生物力学特性，有助于缩短康复过程[1]。目前，组织工程材料还停留在动物实验阶段。

5 微骨折技术

微骨折技术曾是临床一线的首选技术。其原理是将损坏的软骨在关节镜下清理至正常软骨边缘，再通过在软骨下骨钻孔，让骨髓中血液形成血凝块附着于软骨缺损处，血凝块中的骨髓干细胞会形成纤维软骨填充在软骨缺损的地方。微骨折技术典型的适应证为软骨缺损面积在2 cm2以下的单级Ⅲ、Ⅳ级缺损，且不伴有软骨下骨缺损者[1]；有研究指出，对于小于45 岁、病灶小于2 cm2、体重指数小于30 kg/m2的患者，微骨折的治疗效果最佳[21]。

邓光茂[22]对50 例膝关节骨性关节炎合并软骨损伤的患者进行关节镜下微骨折手术及仅行关节清理术的疗效作对比，结果显示术后3 个月微骨折组疗效明显优于仅行关节清理组；Silva 等[23]比较仅行微骨折和行自体胶原诱导软骨形成（autologous collagen-induced chondrogenesis，ACIC）的微骨折患者术后6 个月和24 个月的预后。结果两组患者术后6 个月和24 个月SF-36 和IKDC 评分均有改善。微骨折技术实现的软骨修复为纤维软骨修复，修复性纤维软骨主要为Ⅰ型、Ⅲ型胶原，而Ⅱ型胶原明显少于周围的透明软骨[17]，故其生物学效应较正常透明软骨差，能够在早期改善膝关节的功能，但是远期效果不佳。

6 粉碎软骨修复技术

粉碎软骨修复技术是利用软骨细胞粉碎后仍能够在体内复制或生产胶原以及软骨细胞外基质，从而形成透明软骨的特点，术中在支架中置入自体粉碎软骨或在术前用异体粉碎软骨做成软骨支架复合体，接种于支架或纤维蛋白胶中的软骨碎片就成为活的软骨细胞来源，然后在活体内产生软骨细胞外基质和胶原，从而修复缺损的软骨[1]。目前，这种方法尚处于早期临床试验阶段。

7 生物制剂辅助治疗

（1）骨髓抽吸浓缩物（bone marrow aspirate concentrate，BMAC）。BMAC 含有多种细胞因子，如血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子-（transforming growth factor-，TGF-）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）-2 和-7，这些因子的含量均较富小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）中更高。除此之外，还有软骨细胞增殖相关的生长因子，如促进间充质干细胞分化、伤口愈合和抑制促炎的细胞因子[24-26]。有学者在动物模型或在存在膝关节软骨缺损的患者中应有BMAC 联合微骨折或者生物支架治疗膝关节软骨缺损，发现BMAC 可以增加透明样软骨修复、改善预后且无不良事件发生，提示BMAC 是一种安全、有效的软骨缺损辅助治疗方法[27]。

（2）微细化的同种异体关节软骨和富血小板血浆（PRP）。对于局灶性软骨缺损患者的另一种生物学选择是将颗粒化（或微化）的同种异体关节软骨与PRP 结合。这种技术最常用于微骨折的强化，以形成更持久的透明状软骨，而不是纤维状软骨。与ACI 不同，生物制品和PRP 的应用可以在一个阶段完成。在准备好缺陷床后，通常使用骨髓刺激技术，生物制品和PRP 混合物被放入损伤处，然后用纤维蛋白胶密封胶覆盖，帮助其融入周围的软骨并防止排出[21,28-29]。陈玉泉等[30]对132 例膝关节软骨损伤的患者进行分组，分别在关节腔内注射不同浓度的PRP 进行疗效观察，结果显示PRP可以有效改善膝关节软骨损伤且具有创伤小、疼痛感轻、安全性高的特点，其中血浆浓度在（1.3～1.6）×1012/L 最为适宜。对于微细化的同种异体关节软骨加PRP 在临床上的应用有限，至于其疗效如何目前缺乏相关数据，有待进一步研究。

（3）脂肪来源的干细胞（adipose-derived stem cells，ASCs）。脂肪来源的干细胞（ASCs）是通过抽脂术获得的，其具有抗炎作用，并有可能在缺损处再生新的软骨。Bosetti等[31]在体外分析了ASCs 的软骨诱导特性，发现ASCs 可诱导软骨细胞增殖和细胞外基质的产生。JO 等[32]进行了随机对照试验，在膝关节骨性关节炎患者6 个月随访中ASCs注射可显著改善WOMAC 评分，显著减少缺陷的大小，并显著增加关节的软骨。表明ASCs 是一种可行的局部软骨缺损的治疗方法，因为它允许在缺损内进行单阶段的软骨再生。但是目前关于这种治疗方式的临床数据太少，其安全性和有效性尚无法评估[27,32]。

8 其他治疗

对于膝关节软骨损伤治疗的其他方式，如基因治疗、基因联合骨髓干细胞治疗等。有学者将Runx2 基因转染骨髓间充质干细胞注入新西兰大耳兔膝关节软骨损伤模型中，探索其是否可以促进膝关节软骨损伤的修复。结果发现，Runx2基因在某种程度上可以调控骨髓间充质干细胞增殖分化，从而促进损伤修复，但主要的作用机制仍需进一步研究；同时也发现Runx2 基因在体内的时间越长，其对软骨损伤修复的促进作用更好[33]。李鹏等[34]在大鼠膝关节模型中研究发现复合淀粉水凝胶可提高软骨细胞Ⅱ型胶原基因的表达量并能在体内促进骨-软骨缺损的修复，而且其具有可注射性、可降解性及生物相容性好，在未来或许是一个发展方向。

9 小结与展望

综上所述，每种手术方式都有其自身的优缺点和相应的适应证。其中能够实现透明软骨修复的技术有自体骨软骨移植、异体骨软骨移植、软骨细胞移植；微骨折技术虽然性价比高，早期能够明显缓解患者症状，但其实现的软骨修复为纤维软骨修复，不能阻止骨关节炎的发展；关于组织工程的合成或生物支架技术及粉碎软骨修复技术目前还处于试验阶段，理论上可以实现透明软骨修复，其有以下优点，细胞来源容易获得，并发症的风险小，细胞产量高，增殖和分化潜力好，没有年龄相关性的下降，是理想的选择，可用于老年人群的最佳软骨细胞组织修复治疗[35]。对于PRP 联合微骨折技术或单纯关节腔内注射目前临床应用比较热门，短期内效果较好，但其具体疗效如何需等待长期的随访结果，其他干细胞相关的生物制剂联合外科手术的治疗，目前多停留在试验阶段，临床数据太少，具体效果如何尚不明确。值得注意的是，无论选择何种技术，其至关重要的是同时处理合并的导致膝关节磨损加重的相关损伤，如半月板损伤、前后交叉韧带损伤及侧副韧带损伤等，只有在处理好相关导致软骨损伤的合并疾病的同时行软骨移植等保膝治疗才是有意义的。